import java.util.*;

/*
内部排序：数组元素放到内存中的排序
外部排序：数据元素太多不能放到内存中，根据排序过程的要求不断在内外存之间移动数据的排序
一个稳定的排序可是实现不稳定的排序，而一个不稳定的排序无法实现稳定的排序
 */
class Sort{
    /**
     * 直接插入排序：
     * 时间复杂度：0（n^2）
     * 空间复杂度：0（1）
     * 稳定性：稳定
     * 对于直接插入排序，越有序越快
     * 当一组数据趋于有序时，则可以使用直接插入排序
     */
    public static void insertSort(int[] array){
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >=0 ; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1]=tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1]=tmp;

        }

    }
    /**
     * 希尔排序(缩小增量的排序)：
     * 稳定性：不稳定
     * 时间复杂度：n*log2(n)
     * 缩小增量
     */
    public static void shellSort(int[] array){
        int gap=array.length;
        while (gap>1){
            gap/=2;
            shell(array,gap);
        }
    }
    /*
    每组进行插入排序：
     */
    private static void shell(int[] array,int gap){
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j = i-gap;
            for (; j >=0 ; j-=gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap]=tmp;

        }
    }
    /**
     * 选择排序：
     * 时间复杂度与数据是否有序无关
     *时间复杂度：0（n^2）
     * 空间复杂度：0（1）
     * 稳定性：不稳定
     */
    private static void swap(int[]array,int i,int j){
        int tmp=array[i];
        array[i]=array[j];
        array[j]=tmp;
    }
    public static void selectSort(int[]array){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex=i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[minIndex]>array[j]){
                    minIndex=j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }
    public static void selectSort2(int[]array){
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        while (left<right) {
            int minIndex=left;
            int maxIndex=left;
            for (int i = 1; i <= right; i++) {
                if (array[minIndex] > array[i]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[maxIndex] < array[i]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            if (maxIndex==left){//这里会把最大值换走
                maxIndex=minIndex;
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序：
     * 时间复杂度：0（n*log2（n））
     * 空间复杂度：0（1）
     * 稳定性：不稳定
     */
    private static void createBigHeap(int[] array){
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >=0 ; parent--) {
            siftDown(array,parent,array.length);
        }
    }
    private static void siftDown(int[]array,int parent ,int end){
        int child=parent*2+1;
        while (child<end) {
            if (child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]) {
                child = child + 1;
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            }else {
                break;
            }

        }
    }
    public static void heapSort(int []array){
        int end=array.length-1;
        createBigHeap(array);
        while (end>=0) {
            swap(array, 0, end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }

    }

    /**
     * 冒泡排序：
     * 时间复杂度：不管有序无需，均为0（n^2）
     * 空间复杂度：0（1）
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg=false;
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if (array[j]> array[j+1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flg=true;
                }
            }
            //在优化情况下，时间复杂度为0（n）
            if (flg==false){
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 快速排序：Hoare法
     * 时间复杂度：0(n*log2(n))~0(n^2)特殊情况，说的是最好的情况下的时间复杂度n*log2(n)
     * 空间复杂度：0(log2(n))
     * 稳定性：不稳定
     * 先走左边，会导致最后相遇的地方，是比基准大的数据，这时会将这个数据与基准交换
     */
    //三数取中法
    private static int midThreeNum(int[]array,int left,int right){
        int mid=(left+right)/2;
        if (array[left]<array[right]){
            if (array[mid]<array[left]){
                return left;
            }
            else if (array[mid]>array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if (array[mid]<array[right]){
                return right;
            } else if (array[mid]>array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }

        }
    }
    private  static void quick(int[]array,int start,int end){
        if (start>=end){
            return;
        }
        if (end-start+1<=10){//减小递归次数
            insertSortRang(array,start,end);
            return;
        }
        int index=midThreeNum(array,start,end);
        swap(array,index,start);

        int par=partition(array,start,end);
        quick(array,start,par-1);
        quick(array,par+1,end);
    }
    private static void insertSortRang(int[] array,int left,int right){
        for (int i = left+1; i <= right; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >=left ; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1]=tmp;
        }
    }
    private static int partition(int[]array,int left,int right){
        int tmp=array[left];
        int i=left;
        while (left<right){
            //这里可不可以不取=号
            //在某些情况下，会陷入死循环
            while (left<right && array[right]>=tmp){
                right--;
            }
            while (left<right&&array[left]<=tmp){
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        //left和right相遇了
        swap(array,i,left);
        return left;
    }
    public static void quickSort(int []array){
        quick(array,0, array.length-1);
    }

    /**
     * 快速排序：挖坑法
     */
    private static int partition2(int[]array,int left,int right){
        int tmp=array[left];
        while (left<right){
            while (left<right&&array[right]>=tmp){
                right--;
            }
            array[left]=array[right];
            while (left<right&&array[left]<=tmp){
                left++;
            }
            array[right]=array[left];
        }
        //left和right相遇了
        array[left]=tmp;
        return left;
    }

    /**
     * 快排的非递归：
     */
    public static void quickSortNor(int []array){
        Stack<Integer> stack=new Stack<>();
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        int par=partition(array,left,right);
        if (par>left+1){
            stack.push(left);
            stack.push(par-1);
        }
        if (par<right-1){
            stack.push(par+1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()){
            right=stack.pop();
            left=stack.pop();
            par=partition(array,left,right);
            if (par>left+1){
                stack.push(left);
                stack.push(par-1);
            }
            if (par<right-1){
                stack.push(par+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }
    /**
     * 归并排序：
     * 时间复杂度：0（n*log2（n））
     * 空间复杂度：0（n）
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void mergeSort(int [] array){
        mergeSortFun(array,0,array.length-1);

    }
    public static void mergeSortFun(int [] array,int left,int right){
        if (left>=right){
            return;
        }
        int mid=(left+right)/2;
        mergeSortFun(array,left,mid);
        mergeSortFun(array,mid+1,right);
        merge(array,left,mid,right);
    }
    private  static void merge(int [] array,int left,int mid,int right){
        int s1=left;
        int e1=mid;
        int s2=mid+1;
        int e2=right;
        int k=0;
        int[]tmp=new int[right-left+1];
        while (s1<=e1&&s2<=e2){
            if (array[s1]<=array[s2]){
                tmp[k]=array[s1];
                s1++;
                k++;
            }else {
                tmp[k]=array[s2];
                s2++;
                k++;
            }
        }
        while (s1<=e1){
            tmp[k++]=array[s1++];
        }
        while (s2<=e2){
            tmp[k++]=array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i+left]=tmp[i];
        }

    }
    /**
     * 非递归的归并排序
     */
    public static void mergeSortNor(int [] array){
        int gap=1;
        while (gap<array.length){
            for (int i = 0; i < array.length; i=i+2*gap) {
                int left=i;
                int mid=left+gap-1;
                if (mid>=array.length){
                    mid=array.length-1;
                }
                int right=mid+gap;
                if (right>=array.length){
                    right=array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap*=2;
        }

    }
/*
海量数据排序：
例如有100G的文件，但内存只有1G，因为内存中无法将所有数据全部放下，所以我们可以将数据平分成200份
每一份有512MB，这时现将每份文件放到内存里面排好序，然后再放回磁盘，然后将两份文件归并排序，最终就有序了
 */
    /**
     * 计数排序：（适用于给定集中区间内）
     * 时间复杂度：0(n+范围)
     * 空间复杂度：0（范围）
     * 稳定性：稳定（以下方式不稳定）
     * 1，遍历arr数组，在计数数组记录值
     * 2，遍历，arr数组，把对应下标不为零的放回原数组
     * 3，有序
     */
    public static void countSort(int [] array){
        //1,遍历数组求最大值和最小值
        int maxVal=array[0];
        int minVal=array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (maxVal<array[i]){
                maxVal=array[i];
            }
            if (minVal>array[i]){
                minVal=array[i];
            }
        }
        //2，定义count数组
        int [] count=new int[maxVal-minVal+1];
        //3，遍历array数组，把值放到array数组中
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int val=array[i];
            count[val-minVal]++;
        }
        //4，打印计数数组
        int index=0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i]>0){
                array[index]=i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }
    /**
     * 基数排序：
     */
   /* public static void radixSort(int []array){
        Queue<Integer>[] queues=new Queue[10];
        int maxVal=array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (maxVal<array[i]){
                maxVal=array[i];
            }
        }
        int ret=1;
        while (maxVal>0){
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                int tmp=(array[i]/ret)%10;
                if (queues[tmp]==null){
                    queues[tmp]=new LinkedList<>();
                }
                queues[tmp].offer(array[i]);
            }
            int j=0;
            for (int i = 0; i < queues.length; i++) {
                while (queues[i]!=null&&!queues[i].isEmpty()){
                    array[j]=queues[i].poll();
                    j++;
                }
            }
            maxVal/=10;
            ret*=10;
        }
    }*/
    public static void radixSort(int []array){
        Queue<Integer>[] queues=new Queue[19];
        //选出来最大值位数
        int maxVal=array[0];
        int minVal=array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (maxVal<array[i]){
                maxVal=array[i];
            }
            if (minVal>array[i]){
                minVal=array[i];
            }
        }
        if (minVal<0&&maxVal<-minVal){
            maxVal=-minVal;
        }

        int ret=1;
        while (maxVal>0){
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
                int tmp;
                if(array[i]<=0){
                     tmp=9-((-array[i]/ret)%10);
                }else {
                     tmp=9+((array[i]/ret)%10);
                }
                if (queues[tmp]==null){
                    queues[tmp]=new LinkedList<>();
                }
                queues[tmp].offer(array[i]);
            }
            int j=0;
            for (int i = 0; i < queues.length; i++) {
                while (queues[i]!=null&&!queues[i].isEmpty()){
                    array[j]=queues[i].poll();
                    j++;
                }
            }
            maxVal/=10;
            ret*=10;
        }
    }



}



public class Test {
    public  static void order(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i]=i;
        }
    }
    public  static void reverseOrder(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i]=array.length-i;
        }
    }
    public  static void randomOrder(int[] array){
        Random random=new Random();
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i]=random.nextInt(10_0000);
        }
    }
    public static void testInsertSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.insertSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("插入排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testShellSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.shellSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("希尔排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testSelectSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.selectSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("选择排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testHeapSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.heapSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("堆排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testBubbleSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.bubbleSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("冒泡排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testQuickSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.quickSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("快速排序耗时："+(endTime-startTime));
    }
    public static void testMergeSort(int[]array){
        array=Arrays.copyOf(array,array.length);
        long startTime=System.currentTimeMillis();
        Sort.mergeSort(array);
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("归并排序耗时："+(endTime-startTime));
    }

    public static void main1(String[] args) {
        int []array=new int[10_0000];
        randomOrder(array);
        //testInsertSort(array);
        //testShellSort(array);
        //testSelectSort(array);
        testHeapSort(array);
        //testBubbleSort(array);
        testQuickSort(array);
        testMergeSort(array);

    }
    public static void main(String[] args) {
        int []array={12,5,2,10,4};
        /*Sort.insertSort(array);*/
        /*Sort.shellSort(array);*/
        /*Sort.selectSort(array);*/
        /*Sort.heapSort(array);*/
       /* Sort.quickSortNor(array);*/
        /*Sort.mergeSort(array);*/
        Sort.countSort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}
